Un système de propulsion de fusée hybride pour une performance rentable et renforcée
Les propulseurs solides et liquides recourent à la combustion, (phénomène possible en présence d'oxygène) pour produire des gaz chauds. Lorsque ces derniers sont forcés de sortir à l'arrière de la fusée, la fusée est «propulsée vers l'avant», tout comme Newton le décrit dans sa troisième loi du mouvement. Les scientifiques ont cherché à améliorer le statut quo avec le projet ORPHEE («Innovative propellants in hybrid propulsion technology and its applications in space transportation»). Les fusées hybrides brûlent un carburant solide en présence d'un oxydant liquide. Le carburant solide a l'avantage de la simplicité et de la rentabilité alors que le liquide permet le contrôle ajustable de flux (asphyxie), assurant une manoeuvre plus précise et une insertion orbitale plus sûre. Les propositions précédentes de fusées hybrides se focalisaient sur la hausse de la surface de combustion pour atteindre la performance souhaitée, mais cela cause une hausse indésirable de poids et de volume. ORPHEE a cherché à optimiser le taux de régression de carburant solide, le taux auquel le combustible solide régresse en brûlant. L'augmentation du taux de régression réduira le volume de grain du combustible solide améliorant ainsi la performance. ORPHEE a étudié trois applications sélectionnées comprenant des étapes hybrides supérieures, Moon ou Mars Landers et des boosters de première phase à bas coût. Les scientifiques ont d'abord caractérisé le combustible candidat pour chaque application à l'aide d’expériences de combustion à petite échelle. Lorsque le processus a été augmenté, l'idée innovante dans les propriétés mécaniques de grains de carburant a conduit à des adaptations de fabrication qui ont significativement renforcées la qualité de grain de combustible. Pendant la dernière année du projet, de nouvelles formulations ont été développés avec l'ajout de poudres métalliques pour augmenter un fort taux de régression de combustible. Les essais n'ont pas démontré les mêmes augmentations attendues du taux de régression observées à des échelles inférieures. Toutefois, ces observations ont permis l'intégration de paramètres clés affectés par une hausse d'échelle dans les nombreux modèles numériques développés. Ce savoir s'avérera particulièrement important dans les études de conception subséquentes. Les démonstrateurs des trois applications ont été conçus et des études préliminaires sur la dynamique de fluides computationnelle (CFD) ont été réalisées. En plus, une feuille de route sur les technologies hybride a été préparée sur la base des résultats ORPHEE. À long terme, ORPHEE devrait avoir un important impact sur la durabilité et la compétitivité du programme spatial européen.